DE10392985T5

DE10392985T5 - Segmentierte, super-abschleifende Schleifvorrichtung

Info

Publication number: DE10392985T5
Application number: DE10392985T
Authority: DE
Inventors: Edward E. Akron Galen; Donald R. Roscoe Schlie
Original assignee: Unova IP Corp; Unova Industrial Automation Systems Inc
Current assignee: Cinetic Landis Grinding Corp
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2005-09-08
Also published as: US20050181715A1; WO2004011020A1; KR20050040910A; AU2003256916A8; WO2004011020A9; US7131903B2; AU2003256916A1

Abstract

Schleifvorrichtung mit mindestens einem Schleifsegment und einer Matrix, die mindestens eines des mindestens einen Schleifsegments umgibt, bei der:
– mindestens eines des mindestens einen Schleifsegments aus einem super-abschleifenden Material, einem Harzbindematerial, einem hochschmelzenden, nicht-schleifenden, abrasiven Kornmaterial, einem Wärme abführenden Schmelzphasen-Metallmaterial und einem Trockenschmiermaterial besteht; und bei der
– die Matrix aus einem Epoxidharz, einem Trockenschmiermittel, einem Porenfüllmaterial und einem hochschmelzenden, abrasiven Korn besteht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Schleifvorrichtungen, wie Schleifscheiben und Schleifräder. Genauer gesagt betrifft die Erfindung Schleifvorrichtungen, wie Schleifscheiben und Schleifräder, wobei die Schleifvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie "Trockenbearbeitungs-Vorgänge" ausführt.
Bei der Bearbeitung im Wesentlichen planarer Werkstücke, wie Bremsrotoren, Servolenkungs-Pumpenringen und -Rotoren, Ventilplatten, Schraubenfederenden und dergleichen, ist es bekannt, das Werkstück entlang der radialen "Stirn"fläche einer Oberflächen-Schleifscheibe zu führen. Zum Beispiel gibt das für Herrman et al. erteilte US-Patent Nr. 6,419,564 eine Oberflächen-Schleifmaschine und eine bei dieser verwendete Oberflächen-Schleifscheibe zum Bearbeiten im Wesentlichen flacher Werkstücke an. Insbesondere gibt Herrman '564 eine segmentierte Schleifscheibe an, die ausgehend von einem kreisförmigen Träger aufgebaut ist, an dem mehrere Schleifstücke mit einer vorbestimmten Anordnung befestigt sind. Die Schleifstücke sind so angeordnet, dass sie zwischen sich Zwischenräume bilden, damit Kühlfluide über die Schleifstücke, um sie herum, zwischen sie und von ihnen weg strömen können, um dadurch Schleifstaub von ihnen weg zu schwämmen und die Wärmeabfuhr zu erleichtern. Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist es wünschenswert, eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, zu schaffen, die über mehrere Schleifsegmente verfügt, die an ihr (oder um sie herum, was fallabhängig ist) in einem Array angeordnet sind.
Herrman '562 gibt auch an, dass die Schleifstücke Diamant oder super-abschleifende Teilchen, wie darin dispergiertes kubisches Bornitrid ("cBN"), aus Gründen enthalten können, die für den Fachmann ersichtlich sind. Jedoch ist es bei mit einer derartigen super-abschleifenden Schleifvorrichtung ausgeführten Bearbeitungsvorgängen üblich, dass ein Kühlmittelstrom über sie geleitet werden muss, wie es in Herrman '564 beschrieben ist, und zwar zum dort erörterten Zweck. Aus Gründen, die dem Fachmann ersichtlich sind, sind derartige "Nassbearbeitungs"vorgänge unerwünscht. Daher ist es wünschenswert, eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad zu schaffen, die aus mehreren in einem Array daran angeordneten Schleifsegmenten besteht, in denen super-abschleifende Teilchen dispergiert sind, und wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass sie in einer "Trockenbearbeitungs"umgebung arbeitet, d. h. z. B. ohne Verwendung von mehr als einer geringen Menge an Kühlmittel oder eines anderen Schmiermittels.
Die Effizienz der herkömmlichen Trockenbearbeitungsvorgänge ist durch die Rate begrenzt, mit der Werkstückmaterial entfernt werden kann, ohne am Werkstück zu Fehlern oder Schäden zu führen, wie z. B. Einbrennen. Dies, da Kühlmittel eine wichtige Funktion zum Abführen von Wärme haben und Trockenbearbeiten – definitionsgemäß – eine Bearbeitung in trockener oder nahezu trockener Umgebung ist (d. h. ohne die Verwendung von Kühlmitteln). Daher ist es wünschenswert, eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, zu schaffen, die aus mehreren von in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten besteht, wobei diese Schleifsegmente in eine Matrixzusammensetzung eingebettet sind, die so ausgebildet ist, dass sie die Wärmeabfuhr verbessert.
Ferner ist es wünschenswert, ein Verfahren zum Trockenbearbeiten von Werkstücken zu schaffen, bei dem eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, die aus mehreren von in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten besteht, bereitgestellt wird, wobei die mehreren Schleifsegmente in eine Matrixzusammensetzung eingebettet sind, um die Wärmeabfuhr zu verbessern.
Es ist auch wünschenswert, ein Verfahren zur Trockenbearbeitung von Werkstücken mit verbesserter Bearbeitungseffizienz zu schaffen, d. h. z. B. durch Erhöhen der Werkstückmaterial-Abtrageraten.
Es ist sogar noch weiter wünschenswert, ein Verfahren zur Trockenbearbeitung von Werkstücken aus harten Materialien, die typischerweise unter Verwendung bekannter Trockenbearbeitungsverfahren und -vorrichtungen schwierig trocken zu bearbeiten sind, zu schaffen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Schleifvorrichtung, wie eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, die aus mehreren in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten aufgebaut ist, die in eine Matrixzusammensetzung eingebettet sind, und wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass sie einen "Trockenbearbeitungs"vorgang ausführt. Die Schleifsegmente können durch ein Harz verbunden oder verglast sein, und sie können Diamant oder andere superharte oder super-abschleifende Teilchen, wie z. B. kubisches Bornitrid ("cBN"), die in ihnen dispergiert sind, enthalten. Sowohl die Schleifsegmente als auch die Matrixzusammensetzung enthalten ein Trockenschmiermittel, wie hexagonales Bornitrid, Molybdändisulfid oder Graphit, das darin dispergiert ist. Die Schleifsegmente enthalten ferner eine Schmelzphase-Metallzusammensetzung, wie Bronze oder andere Kupferlegierungen, um die Wärmeabfuhr zu unterstützen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad zu schaffen, wobei die Vorrichtung über mehrere Schleifsegmente verfügt, die an ihr (oder um sie herum, was fallabhängig ist) in einem Array angeordnet sind.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, zu schaffen, die aus mehreren von in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten aufgebaut ist, die in ihnen dispergierte super-abschleifende Teilchen enthalten, und wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass sie "Trockenbearbeitungs"vorgänge ausführt, d. h. Bearbeitungsvorgänge ohne Verwendung von mehr als einer geringen Menge eines Kühlmittels oder eines anderen Schmiermittels.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, zu schaffen, die aus mehreren von in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten aufgebaut ist, die in eine Matrixzusammensetzung eingebettet sind, die so ausgebildet ist, dass sie die Wärmeabfuhr verbessert.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Trockenbearbeitung von Werkstücken zu schaffen, bei dem eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, bereitgestellt wird, die aus mehreren von in einem Array an ihr angeordne ten Schleifsegmenten aufgebaut ist, wobei die mehreren Schleifsegmente in eine Matrixzusammensetzung eingebettet sind, die so ausgebildet sind, dass sie die Wärmeabfuhr verbessert.
Es ist auch eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Trockenbearbeitung von Werkstücken mit verbesserter Bearbeitungseffizienz zu schaffen, d. h. z. B. durch Erhöhen der Werkstückmaterial-Abtrageraten.
Es ist noch eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Trockenbearbeitung von Werkstücken aus harten Materialien, die typischerweise unter Verwendung bekannter Trockenbearbeitungsverfahren und -vorrichtungen schwierig trocken zu bearbeiten sind, zu schaffen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, und sie können durch die hier speziell dargelegten Vorgehensweisen und Kombinationen sowie diejenigen Vorgehensweisen, Kombinationen und zugehörigen Verbesserungen, die hier nicht ausdrücklich beschrieben sind, sondern die dem Fachmann ersichtlich sein sollten, realisiert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile repräsentieren, ergibt sich ein besseres Verständnis der Erfindung.
1 ist eine Frontansicht einer Schleifvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 ist eine Seitenansicht der Schleifvorrichtung der 1, gesehen entlang einer Schnittlinie 2-2 in der 1;
3 ist ein Teilschnitt der Schleifvorrichtung der 1, gesehen entlang einer Schnittlinie 3-3 in der 1;
4 ist eine Teil-Vorderansicht einer Schleifvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, und sie zeigt eine alternative Anordnung von Schleifsegmenten an der Vorrichtung;
5 ist eine Vorderansicht einer Schleifvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung; und
6 ist eine Schnittansicht der Schleifvorrichtung der 5, gesehen entlang einer Schnittlinie 6-6 in der 5.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung betrifft eine Schleifvorrichtung, wie eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, die aus mehreren, von in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten aufgebaut ist, die in einer Matrixzusammensetzung eingebettet sind, und wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass sie in einer Umgebung für "Trockenbearbeitung" oder "nahezu Trockenbearbeitung" arbeitet.
Es wird auf die 1–3 Bezug genommen, gemäß denen eine Schleifvorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Form einer Oberflächen-Schleifscheibe einnimmt, die zur Bearbeitung im Wesentlichen flacher Werkstücke geeignet ist, wie z. B. Bremsrotoren, Servolenkungs-Pumpenringen und -rotoren, Ventilplatten, Schraubenfederenden und dergleichen. Die Vorrichtung 10 verfügt über einen kreisförmigen, stabilen Träger 20, der z. B. aus Aluminium oder Stahl aufgebaut ist, einem oder mehreren Schleifsegmenten 30 (manchmal als "Button" bezeichnet), die mittels einer Matrixzusammensetzung 40 befestigt sind, die im Wesentlichen kreisförmig ist und gemeinsam mit dem Träger 20 endet. Die Segmente 30 können als in die Matrixzusammensetzung 40 "eingebettet" angesehen werden, und sie können einstückig in dieser ausgebildet sein, oder sie können in in der Matrix 40 ausgebildete Taschen (nicht dargestellt) eingesetzt werden, nachdem die Matrix am Träger 20 befestigt wurde. Die Segmente 30 sind mit einer Dicke dargestellt, die nur zur Veranschaulichung dient. Die Matrix 40 erstreckt sich vorzugsweise über den Umfang 24 des Trägers 20, wobei sie sich jedoch nur über einen Teil des Trägers 20 zu dessen Umfang 24 hin erstrecken kann. In jedem Fall bedeckt die Matrix 40 ausreichend viel des Trägers 20, und sie umgibt jedes der Segmente 30 in ausreichender Weise, um sie dadurch zu halten. Obwohl es in der 1 dargestellt ist, dass die Segmente 30 in einem Arraypfad angeordnet sind, das einen mit der Vorrichtung 10 konzentrischen Arraypfad bildet, können die Segmente 30 alternativ mit irgendeinem anderen Array angeordnet sein.
Beispielsweise ist in der 4 ein Teil der Vorrichtung dargestellt, in dem Segmente 30 so dargestellt sind, dass sie entlang zwei konzentrischen Pfaden 26, 26' in aneinander stoßender Weise angeordnet sind. Es kann jede beliebige Anzahl von Pfaden, konzentrisch oder nicht konzentrisch, vorhanden sein, ohne dass vom Grundgedanken oder Schutzumfang der Erfindung abgewichen würde. Darüber hinaus können Segmente 30 voneinander beabstandet sein, um dadurch zusätzliche Matrixzusammensetzung 40 zwischen ihnen anzubringen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung auf keine spezielle Größe, Form oder Anordnung von Segmenten 30 beschränkt ist. So können gemäß der Erfindung z. B. nicht kreisförmige Segmente verwendet werden, und dadurch wird nicht vom Grund gedanken oder vom Schutzumfang der Erfindung abgewichen. In ähnlicher Weise müssen nicht alle an einer Schleifvorrichtung 10 vorhandenen Segmente 30 über dieselbe Größe, Form oder Anordnung, wie irgendwelche anderen an dieser Vorrichtung 10 vorhandenen Segmente 30 verfügen. Zum Beispiel kann eine Vorrichtung 10 in einem Bereich derselben über kreisförmige Segmente 30 verfügen, und sie kann in einem anderen Bereich derselben über dreieckige, rechteckige, sechseckige oder bogenförmige Segmente verfügen.
Noch ferner müssen Segmente 30 nicht nahe dem Umfang 24 der Vorrichtung 10 vorhanden sein, wie es in den Figuren gezeigt und dargestellt ist. Zur Veranschaulichung sind die Segmente 30 jedoch kreisförmig, und sie verfügen über einen Durchmesser zwischen 1/4 Zoll und 1–1/2 Zoll. Jedes Segment 30 ist von benachbarten Segmenten 30 um einen Abstand entfernt, der nicht größer als 1/2 der kürzesten Abmessung des dadurch zu bearbeitenden Werkstücks ist.
Es wird erneut auf die 3 Bezug genommen, gemäß der die Matrix 40 so ausgebildet ist, dass eine freiliegende Fläche 42 derselben im Wesentlichen koplanar mit einer Schleiffläche 32 der Segmente 30 ist, um dadurch eine im Wesentlichen kontinuierliche, planare Fläche der Vorrichtung 10 zu bilden. Unter Verwendung herkömmlicher Maßnahmen werden Werkstücke (nicht dargestellt) in Kontakt mit der Fläche der Vorrichtung gebracht und an dieser entlang bewegt, um eine im Wesentlichen ebene Fläche des Werkstücks zu bearbeiten oder in es einzuarbeiten.
Nun wird auf die Zusammensetzung der Segmente 30 Bezug genommen, wobei die folgenden Zusammensetzungen und zugehörigen Bereiche nur zur Veranschaulichung angegeben werden. Allgemein gesagt, ist, gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung, eine Schleifvorrichtung so aufgebaut, dass sie über Schleifsegmente aus Folgendem verfügt: 1) einem superabschleifenden Material wie cBN; 2) einem Harz-Bindemittel, wie Polyimidharz; 3) einem hochschmelzenden, nichtschleifenden, abrasiven Korn, wie Borcarbid ("BC"); 4) einem Wärme abführenden Schmelzphasenmetall, wie einer Kupfer-Zinn (d. h. Bronze)-Legierung; und 5) einem Trockenschmiermittel, wie hexagonalem Bornitrid ("hBN").
Das cBN ist in einer Menge im Bereich zwischen 10% und 43,75% (volumenbezogen), und vorzugsweise 12% (volumenbezogen) vorhanden. Alternativ kann Diamant entsprechend dem vorstehenden Bereich vorhanden sein.
Das cBN ist in einem Harzbindemittel, vorzugsweise einem Polyimidharz, dispergiert, das zwischen 30% und 50% (volumenbezogen), bevorzugt 37,8% (volumenbezogen) des Segments (ausschließlich des Volumenprozentanteils des das Segment bildenden cBN) bildet. Statt des Harzbindemittels kann eine Glasfritte, wie z. B. Borsilikatglas, verwendet werden.
Das hochschmelzende, nicht-schleifende, abrasive Korn, wie z. B. BC, ist mit einer Menge von 10% (volumenbezogen) oder weniger, bevorzugt 2,2% (volumenbezogen), des Segments (einschließlich des Volumenprozentanteils des das Segment bildenden cBN) vorhanden. Die BC-Korngröße beträgt vorzugsweise 1/2 der Korngröße eines mittleren cBN-Korns oder weniger, und sie kann irgendwo im Bereich zwischen 220 und 1000 mesh liegen.
Das Schmelzphasenmetall kann aus der Klasse der als Bronze bekannten Kupfer-Zinn-Legierungen ausgewählt werden und zwischen 30% und 86% (volumenbezogen, ausschließlich des Volumenprozentanteils von das Segment bildendem cBN) bilden. Vorzugsweise besteht das Schmelzphasenmetall aus 34,3% (des Segments, volumenbezogen) Kupferpulver und 9,2% (des Seg ments, volumenbezogen) Zinnpulver. Das Schmelzphasenmetall dient zum Verbessern der Wärmeabfuhr durch das Segment während Bearbeitungsvorgängen.
Das Trockenschmiermittel ist vorhanden, um die Erzeugung von Wärme durch Reibung zu verhindern, und es bildet mindestens 1% (volumenbezogen), bevorzugt 2,2% (volumenbezogen), des Segments (ausschließlich des Volumenprozentanteils von das Segment bildendem cBN). Das Trockenschmiermittel besteht vorzugsweise aus hBH, jedoch kann es alternativ aus Molybdändisulfid, Graphit, Koks oder einem Lithiumsterat bestehen.
Nun wird auf die Zusammensetzung der Matrix 40 Bezug genommen, wobei die folgenden Zusammensetzungen und zugehörigen Bereiche nur der Veranschaulichung dienen. Allgemein gesagt, ist, gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung, eine Schleifvorrichtung geschaffen, die über eine Matrix verfügt, die ein oder mehrere Schleifsegmente umgibt und Folgendes aufweist: 1) ein Epoxidharz; 2) ein Trockenschmiermittel, wie Molybdändisulfid ("MOS"); 3) ein Porenfüllmaterial, wie ein zu Kugeln geformtes Keramikmaterial; und 4) ein hochschmelzendes, nicht-schleifendes, abrasives Korn, wie Siliciumcarbid ("SiC").
Das Epoxidharz ist vorzugweise ein zweiteiliges Epoxid mit einem reaktionsfähigen Verdünnungsmittel und Antischäumungs-Zusatzstoffen, wie z. B. ein zweiteiliges Epoxid, wie es von The Dow Chemical Company, Midland, Michigan mit der Dow-Produktnummer 331/37-614 vertrieben wird. Vorzugsweise verfügt die Matrix über 35% (gewichtsbezogen) des Epoxidharzes.
Das Trockenschmiermittel ist vorzugsweise MOS, das mit einer Menge im Bereich zwischen 1% und 5% (gewichtsbezogen), bevorzugt 1,7% (gewichtsbezogen) vorhanden ist. Ähnlich wie das Trockenschmiermittel in den Segmenten dient das Trockenschmiermittel in der Matrix zum Verhindern der Erzeugung von Wärme durch Reibung.
Das Porenfüllmaterial ist mit einer Menge im Bereich zwischen 3% und 15% (gewichtsbezogen), bevorzugt 7% (gewichtsbezogen), vorhanden. Vorzugsweise ist der Füllstoff ein Keramikblasenmaterial 14/40.
Das hochschmelzende Material ist zur Abriebverringerung vorhanden, und es besteht aus einem Schleifkorn, wie AlO₃, SiC, Borcarbid oder Zirkoniumoxid mit einer Menge im Bereich zwischen 10% und 70% (gewichtsbezogen), bevorzugt 56,3% (gewichtsbezogen). Die Korngröße des hochschmelzenden Materials ist vorzugsweise dieselbe Größe wie diejenige des in den Segmenten verwendeten cBN, oder kleiner als diese.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 1–3 wird nun ein Verfahren zum Aufbauen der Schleifvorrichtung 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Schleifvorrichtung sorgt für viele Merkmale, Nützlichkeiten und Vorteile, einschließlich, jedoch ohne Einschränkung: Verbesserung der Betriebssicherheit beim Schleifen mit hoher Geschwindigkeit, Erhöhen der Rad"lebensdauer", Erhöhen der Endbearbeitungsqualität, Verringern von Radstaub, Beseitigen von Rad-Zurichtarbeiten sowie Verbessern der metallurgischen Unversehrtheit des Werkstücks (d. h. nicht mehr als vernachlässigbare Einbrennstellen, Spannungen oder andere Werkstück-Oberflächenschäden).
Es wird nun auf die 5 Bezug genommen, gemäß der eine Vorrichtung 100 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung die Form eines ringförmigen Schleifrads einnimmt, das für Zylinder-Bearbeitungsvorgänge zum Bearbeiten im We sentlichen zylindrischer Werkstücke geeignet ist, wie z. B. Kurbelwellenlagern und -bolzen, Nockenwellenexzentern und dergleichen. Die Vorrichtung 100 verfügt über einen zylindrischen Träger 120 aus z. B. Aluminium oder Stahl sowie einem oder mehreren Schleifsegmenten 130, die innerhalb einer ringförmigen Matrixzusammensetzung 140 befestigt sind, die eine Außenumfangsfläche 124 des Trägers 120 zumindest teilweise umgibt. Die Segmente 130 können so angesehen werden, dass sie in die Matrix 140 "eingebettet" sind, und sie können einstückig in dieser ausgebildet sein, oder sie können in Taschen (nicht dargestellt) eingesetzt sein, die in der Matrix 140 ausgebildet werden, nachdem diese um den Träger 120 herum ausgebildet wurde (oder andernfalls an ihm befestigt wurde). Die Segmente 130 sind mit einer Dicke dargestellt, die nur zur Veranschaulichung dient. Es ist dargestellt, dass die Matrix 140 die gesamte Umfangsfläche 124 des Trägers bedeckt, wobei sie jedoch alternativ nur einen Teil derselben bedecken kann. In jedem Fall bedeckt die Matrix 140 ausreichend viel des Trägers 120, und sie ist von ausreichender Dicke, um jedes der Segmente 130 zu umgeben, um ein Verschieben derselben während des Gebrauchs zu verhindern.
Obwohl die Segmente 130 in beabstandeter Beziehung nur über einen Teil des Umfangs der Vorrichtung 100 dargestellt sind, können sie um den gesamten Umfang beabstandet sein. Darüber hinaus sind zwar Segmente 130 als kreisförmige "Buttons" dargestellt, jedoch können sie alternativ die Form bogenförmiger Segmente (nicht dargestellt) haben, die entweder um einen Nennabstand voneinander entfernt sind oder mit den Enden aneinander stoßen.
Die Zusammensetzungen der Segmente 130 und der Matrix 140 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind dieselben wie die Zusammensetzungen der Segmente 30 bzw. der Matrix 40 der betreffenden bevorzugten Ausführungsform.
Erfindungsgemäße Vorrichtungen 30, 130 sind zum Ausführen von Trockenbearbeitungsvorgängen an harten Werkstücken mit Vorschubraten über 40 m/Sekunde geeignet. Tatsächlich wurde beobachtet, dass die Vorrichtung 30 gemäß der zugehörigen bevorzugten Ausführungsform bei Vorschubraten von ungefähr 50 m/Sekunde für optimale Trockenbearbeitungsvorgänge sorgt.
Durch die Erfindung ist eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, geschaffen, die über mehrere von in einem Array an ihr (oder um sie herum, was fallabhängig ist) angeordnete Schleifsegmente verfügt. Durch die Erfindung ist auch eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, geschaffen, die aus mehreren von in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten aufgebaut ist, die in ihnen dispergierte superabschleifende Teilchen enthalten, und wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass sie "Trockenbearbeitungs"vorgänge ausführt, d. h. Bearbeitungsvorgänge ohne Verwendung von mehr als einer kleinen Menge eines Kühlmittels oder eines anderen Schmiermittels.
Durch die Erfindung ist noch ferner eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, geschaffen, die aus mehreren von in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten aufgebaut ist, die in eine Matrixzusammensetzung eingebettet sind, die so ausgebildet ist, dass sie die Wärmeabfuhr verbessert.
Noch ferner ist durch die Erfindung ein Verfahren zur Trockenbearbeitung von Werkstücken geschaffen, bei dem eine Schleifvorrichtung, wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad, bereitgestellt wird, die aus mehreren von in einem Array an ihr angeordneten Schleifsegmenten aufgebaut ist, die in eine Matrixzusammensetzung eingebettet sind, die so ausgebildet ist, dass sie die Wärmeabfuhr verbessert.
Durch die Erfindung ist auch ein Verfahren zur Trockenbearbeitung von Werkstücken mit erhöhter Bearbeitungseffizienz, d. h. z. B. durch Erhöhen der Werkstückmaterial-Abtrageraten, geschaffen.
Durch die Erfindung ist noch ferner ein Verfahren zum Trockenbearbeitung von Werkstücken aus harten Materialien, die unter Verwendung bekannter Trockenbearbeitungsverfahren und -vorrichtungen typischerweise schwierig trocken zu bearbeiten sind, geschaffen.
Obwohl eine erfindungsgemäße Schleifvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie "Trockenbearbeitungs"vorgänge ausführt, arbeitet sie ohne jeglichen Verlust der Funktion oder des Nutzens in einer "Nassbearbeitungs"umgebung, und die hier verwendeten Beispiele sind nicht dahingehend auszulegen, dass sie den Schutzumfang der Erfindung nur auf Vorgänge oder Bearbeitungsumgebungen mit "Trockenbearbeitung" einschränken würden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen derselben beschrieben und veranschaulicht wurde, ist es nicht die Absicht der Anmelder, dass die Erfindung auf derartige Einzelheiten beschränkt wird. Vielmehr ist es die Absicht der Anmelder, dass die Erfindung durch alle Äquivalente, sowohl solche, wie sie hierdurch nahegelegt sind, als auch solche, wie sie dem Fachmann bekannt sind, der bevorzugten Ausführungsformen, die in den zugehörigen Schutzumfang fallen, definiert ist.
Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft eine Schleifvorrichtung (10), wie z. B. eine Oberflächen-Schleifscheibe oder ein ringförmiges Schleifrad (100), die aus mehreren Schleifsegmenten (30) besteht, die in einem Array (26) (26') an ihr angeordnet sind, wobei diese mehreren Schleifsegmente in eine Matrixzusammensetzung (40) eingebettet sind und wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass sie einen "Trockenbearbeitungs"vorgang ausführt. Die Schleifsegmente können durch Harz verbunden oder verglast sein, und sie können Diamant oder andere super-harte oder super-abschleifende Teilchen, wie z. B. kubisches Bornitrid ("cBN"), die darin dispergiert sind, enthalten. Sowohl die Schleifsegmente (30) als auch die Matrixzusammensetzung (40) enthalten ein Trockenschmiermittel, wie hexagonales Bornitrid, Molybdändisulfid oder Graphit, das darin dispergiert ist. Die Schleifsegmente (30) enthalten ferner eine Schmelzphasen-Metallzusammensetzung, wie Bronze oder andere Kupferlegierungen, um die Wärmeabfuhr zu unterstützen.
(1)

Claims

Schleifvorrichtung mit mindestens einem Schleifsegment und einer Matrix, die mindestens eines des mindestens einen Schleifsegments umgibt, bei der: – mindestens eines des mindestens einen Schleifsegments aus einem super-abschleifenden Material, einem Harzbindematerial, einem hochschmelzenden, nicht-schleifenden, abrasiven Kornmaterial, einem Wärme abführenden Schmelzphasen-Metallmaterial und einem Trockenschmiermaterial besteht; und bei der – die Matrix aus einem Epoxidharz, einem Trockenschmiermittel, einem Porenfüllmaterial und einem hochschmelzenden, abrasiven Korn besteht.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das superabschleifende Material des Schleifsegments Diamant ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das superabschleifende Material des Schleifsegments kubisches Bornitrid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das superabschleifende Material des Schleifsegments mit einer Menge zwischen 10% und 43,75% (volumenbezogen) der Gesamtzusammensetzung des Schleifsegments vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das superabschleifende Material des Schleifsegments mit einer Menge von 12% (volumenbezogen) der Gesamtzusammensetzung des Schleifsegments vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das hochschmelzende Material des Schleifsegments Borcarbid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das hochschmelzende Material des Schleifsegments mit einer Menge von weniger als 10% (volumenbezogen) der Gesamtzusammensetzung des Schleifsegments vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 7, bei der das hochschmelzende Material des Schleifsegments mit einer Menge von 2,2% der Gesamtzusammensetzung des Schleifsegments vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Korngröße des hochschmelzenden Materials des Schleifsegments der Korngröße des super-abschleifenden Materials entspricht oder kleiner als dieses ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Korngröße des hochschmelzenden Materials des Schleifsegments zwischen 200 mesh und 1000 mesh beträgt.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Schmelzphasenmaterial des Schleifsegments eine Kupfer-Zinn-Legierung ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Schmelzphasenmaterial des Schleifsegments Bronze ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Schmelzphasenmaterial des Schleifsegments mit einer Menge zwischen 30% und 68% (volumenbezogen) der Gesamtzusammensetzung des Schleifsegments vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Schmelzphasenmaterial des Schleifsegments mit einer Menge von 34,3% der Gesamtzusammensetzung des Schleifsegments vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trockenschmiermittel des Schleifsegments hexagonales Bornitrid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trockenschmiermittel des Schleifsegments Molybdänsulfid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trockenschmiermittel des Schleifsegments Graphit ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trockenschmiermittel des Schleifsegments Koks ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trockenschmiermittel des Schleifsegments ein Lithiumzustand ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trockenschmiermittel des Schleifsegments mit einer Menge von mindestens 1% (volumenbezogen) der Gesamtzusammensetzung des Schleifsegments vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 20, bei der das Trockenschmiermittel des Schleifsegments mit einer Menge von 2,2% (volumenbezogen) der Gesamtzusammensetzung des Schleifsegments vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Harzbindematerial des Schleifsegments ein Polyimidharz ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trockenschmiermittel der Matrix Molybdändisulfid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Trockenschmiermittel der Matrix mit einer Menge zwischen 1 und 5% (gewichtsbezogen) der Gesamtzusammensetzung der Matrix vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 24, bei der das Trockenschmiermittel der Matrix mit einer Menge von 1,7% (gewichtsbezogen) der Gesamtzusammensetzung der Matrix vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Porenfüllmaterial der Matrix ein kugelförmiges Keramikmaterial ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 26, bei der das Porenfüllmaterial der Matrix ein Keramikblasenmaterial 14/40 ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Porenfüllmaterial der Matrix mit einer Menge zwischen 3% und 15% (gewichtsbezogen) der Gesamtzusammensetzung der Matrix vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 28, bei der das Porenfüllmaterial der Matrix mit einer Menge von 7% (gewichtsbezogen) der Gesamtzusammensetzung der Matrix vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das hochschmelzende Material der Matrix Aluminiumoxid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das hochschmelzende Material der Matrix Siliciumcarbid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das hochschmelzende Material der Matrix Borcarbid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das hochschmelzende Material der Matrix Zirkoniumcarbid ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das hochschmelzende Material der Matrix mit einer Menge zwischen 10% und 70% (gewichtsbezogen) der Gesamtzusammensetzung der Matrix vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 33, bei der das hochschmelzende Material der Matrix mit einer Menge von 56,3 (gewichtsbezogen) der Gesamtzusammensetzung der Matrix vorhanden ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 33, bei die Korngröße des hochschmelzenden Materials der Matrix der Korngröße des super-abschleifenden Materials des Schleifsegments entspricht oder kleiner als diese ist.
Schleifvorrichtung nach Anspruch 1, bei das Epoxidharz ein zweiteiliges Epoxid mit einem reaktionsfähigen Verdünnungsmittel und Antischäumungs-Zusatzstoffen ist.